作者:杜学敏等 来源:《先进功能材料》 发布时间:2023/7/20 9:37:18
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科学家开发出“含羞草”淀粉基智能驱动器

 

7月7日,中国科学院深圳先进技术研究院智能医用材料与器械研究中心杜学敏团队的最新研究成果发表于《先进功能材料》。研究团队开发了一种仿含羞草高灵敏、多重响应的淀粉基驱动器,及其在环境感知反馈、智能灯罩及智能食品等方面的应用。

团队开发的仿含羞草高灵敏、多重响应淀粉基智能驱动器 科研团队供图

仿生智能驱动器可以模仿自然界生物在外界刺激下改变形态、颜色和运动行为,在软体机器人、人机界面和生物医学器件等新兴领域展现了巨大应用潜力。近年来,尽管基于合成聚合物的智能驱动器取得了广泛进展,但它们在可再生、可持续和生物安全性方面仍面临挑战,虽然基于天然聚合物的驱动器与自然生物系统的组织成分更为接近,但这类聚合物中大量存在的氢键作用导致其驱动行为较为单一。

作为一类典型的天然聚合物,淀粉有着可再生、生物相容好且可降解的特点,在生物医学、食品等领域有广阔应用前景,且其分子链中存在的大量强氢键使其具备独特的糊化特性,但也限制了其驱动行为,尽管化学改性或者引入合成聚合物等方式调控氢键可赋予其优异的驱动特性,但不可避免地影响了淀粉再生特性、生物安全性等优异性能。 

针对该挑战,研究团队利用淀粉丰富的氢键和独特的糊化特征,提出了新的氢键介导策略并成功构建仿含羞草的高灵敏、多重响应淀粉基智能驱动器。

“该淀粉基智能驱动器主要由三种组分构成,即具有热糊化特性的天然淀粉,源于海洋褐藻的海藻酸钠,和拥有优异光热效应的液态金属颗粒。”论文通讯作者杜学敏表示。

基于上述一类组分,研究团队成功构建出了两种不同类型的智能驱动器:未糊化淀粉基驱动器和糊化淀粉基驱动器。一方面,未糊化淀粉基驱动器通过光热触发局部糊化——淀粉颗粒分子间氢键不可逆“解锁”,进而实现未糊化淀粉基驱动器各种复杂形态的不可逆光控编辑。另一方面,糊化淀粉基驱动器在大约10.2%的低湿环境、近37度的人体体温,以及低强度光照下触发淀粉分子间氢键可逆“解锁”, 即可成功实现糊化淀粉基驱动器的高灵敏、多重驱动功能。

这类基于天然高分子材料的智能驱动器在智能传感如人工含羞草、智能灯罩及智能食品等领域有广阔应用前景。 (来源:中国科学报 刁雯蕙)

相关论文信息:https://doi.org/10.1002/adfm.202304634

 
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